預應(yīng)力管樁在路基拓寬工程軟基處治中的應(yīng)用分析

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.WCcst.2025.03.021

文章編號：1673-4874（2025）03-0071-03

0 引言

在公路改擴建工程中，遇軟基須采取措施進行有效加固，以防止工后新舊路基產(chǎn)生不均勻沉降。地基沉降是新路基沉降的主要組成部分，控制不當會加劇新舊路基不均勻沉降1。預應(yīng)力管樁具有布樁靈活、強度高、耐久性好、可工廠加工、運輸方便、施工速度快等技術(shù)優(yōu)勢[2-3]，在軟基處理中具有良好的應(yīng)用效果。預應(yīng)力管樁可有效提升地基承載力，降低工后沉降，在樁頂設(shè)置樁帽可進一步改善樁體工作狀態(tài)，使樁土共同工作。另外，為改善樁頂受力狀態(tài)，通常在樁頂鋪設(shè)一層碎石墊層、鋪設(shè)土工格柵4，以防止產(chǎn)生應(yīng)力集中。本文結(jié)合高速公路路基拓寬工程項目，采用預應(yīng)力管樁進行軟基處理，并采用靜載試驗和原位試驗檢驗處治效果。

1工程概況

1. 1 工程簡介

某高速公路沿線地質(zhì)地貌復雜，主要位于山嶺重丘區(qū)，部分路段分布在平原微丘區(qū)，地形起伏大。近幾年經(jīng)常出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，運力嚴重不足，擬開展拓寬改建工程。原路基設(shè)計寬度為 25m ，雙向四車道，平原微丘區(qū)設(shè)計車速為 120km/h ，山嶺重丘區(qū)設(shè)計車速為 100km/h 拓寬后路基寬度為41m，車道數(shù)量增加至雙向八車道。其中 1835+260～1836+580 段分布有軟基，地基土含水量高，承載力低。

根據(jù)現(xiàn)場勘察報告，地基土自身而下分別為耕土或填土、亞黏土、粉土、中細粉砂層：（1）耕土或填土主要成分為黏性土，腐殖質(zhì)含量高，厚度為 0.5～0.9m ，含水量為26. 3% ，孔隙比為0.81，容許承載力為100 kPa ；（2）亞黏土呈灰黃色，軟塑或流塑狀態(tài)，層厚為 ，含水量為 32.2% ，孔隙比為0.91，容許承載力為 40kPa （3）粉土呈黃褐色，稍密狀態(tài)，層厚為 ，含水量為 31.2% ，孔隙比為0.86，容許承載力為 110kPa 手（4）中細粉砂層呈褐黃色，稍密狀態(tài)，含水量為33. 4% ，孔隙比為0.68，容許承載力為 210kPa_o 2

1.2預應(yīng)力管樁軟基處治方案

1835+260～136+580 段為填方路基，地基土為軟基，擬采用預應(yīng)力管樁進行加固處理，并根據(jù)地基情況確定樁長、樁徑和樁間距等施工參數(shù)。本文選擇填方高度較大的1835+510～135+760 段作為研究對象。該路基填方最大高度為16m，拓寬段軟基采用PTC預應(yīng)力薄壁管樁。預應(yīng)力管樁采用正方形布置，樁間距為 2.5m ，設(shè)計樁徑為60cm ，最大樁長為15m。樁帽設(shè)計尺寸為 1m×1m ，高度為 40cm ，處治范圍為自舊路基向外 10m 樁頂上部鋪設(shè)一層50cm厚碎石墊層，并在墊層上下鋪設(shè)兩層土工格柵。

2現(xiàn)場靜載試驗分析

2.1靜載試驗方案

在施工現(xiàn)場開展靜載試驗，以檢測原地基、樁間土和單樁復合地基承載力[5-7]。選擇樁長15m的預應(yīng)力管樁作為試樁，分有樁帽和無樁帽兩種情況開展靜載試驗?，F(xiàn)場共開展五組靜載試驗，其中包括原地基一組、樁間土一組、有樁帽兩組和無樁帽一組。試驗采用平板載荷試驗法，加載方式采用慢速維持荷載法，分級加載過程中利用百分表量測沉降量。試驗用壓板直徑為60cm，分級加載，做好現(xiàn)場記錄。

2.2 試驗結(jié)果分析

2.2.1原地基和樁間土試驗結(jié)果分析

加固前原地基靜載試驗最大加載值為270 kPa ，分9級加載，一級加載為30 kPa ，以后每級增加30 kPa 。加固后樁間土最大加載荷載為 360kPa ，分12級加載。二者均加載至極限狀態(tài)，收集試驗數(shù)據(jù)，整理原地基和樁間土荷載 P- 沉降 s 曲線如圖1所示。

分析圖1試驗結(jié)果可知，采用預應(yīng)力管樁處理后樁間土力學性能得到明顯改善，地基承載力遠高于原地基。加固前原地基在加載荷載為120kPa時達到極限荷載，加固后樁間土在荷載為300kPa時達到極限荷載，二者對應(yīng)的沉降量分別為9.24mm和6.73mm。采用管樁處治后地基樁間土承載力遠高于原地基，約為原地基承載力的2.5倍，說明采用管樁處治后地基承載力得到了明顯提升。

2.2.2單樁靜載荷試驗結(jié)果分析

單樁靜載試驗最大加載荷載為1600kPa，一級加載為200kPa，而后每級增加 200kPa ，分八級加載，分4級卸載，每級400 kPa 。本文取兩組有樁帽和一組無樁帽管樁作為試樁，整理現(xiàn)場試驗結(jié)果，繪制單樁靜載試驗 P- S曲線如圖2所示。

分析圖2試驗結(jié)果可知，有樁帽管樁在試驗荷載為1400kPa時達到極限荷載，無樁帽管樁極限荷載略低，說明有樁帽單樁承載力高于無樁帽。兩組有樁帽管樁均在試驗荷載1400kPa時達到極限荷載，無樁帽管樁組在荷載1200kPa時達到極限荷載。有樁帽1、有樁帽2、無樁帽三組曲線均出現(xiàn)明顯陡降，對應(yīng)的沉降量分別為6.13mm.6.92mm.8.37mm ，單樁承載力均較高，且有樁帽管樁高于無樁帽管樁。因此，采用預應(yīng)力管樁單樁承載力均較高，說明管樁剛度較大，可有效改善地基承載性能。

3 現(xiàn)場原位試驗分析

3.1原位試驗方案

為進一步確定軟基處治效果，分析拓寬后新舊路基的差異沉降變化情況，分別在新舊路基頂面和路基坡腳位置布置測點開展原位試驗[8-9]。沉降觀測采用沉降板，坡腳位移監(jiān)測采用測斜管，測點布置如圖3所示。現(xiàn)場原位試驗總時長為306d，自路基填筑施工開始，達到填方高度后繼續(xù)觀測6個月。路基填方施工期間每填筑一層監(jiān)測一次，完工后第一個月監(jiān)測頻率為1次/7d，第二個月為1次/14d，第三個月以后為1次/月，期間如變形增加應(yīng)適當增加監(jiān)測次數(shù)。

3.2原位試驗結(jié)果分析

3.2.1 差異沉降分析

利用水準儀對新舊路基各測點開展沉降監(jiān)測，本文取原路基和新路基坡腳沉降觀測值的差值作為新路基差異沉降，整理數(shù)據(jù)得出新舊路基差異沉降變化曲線如圖4所示。圖4中 ΔS1 為沉降差值，△S2為相鄰兩次沉降差的差值。

分析圖4差異沉降結(jié)果可知，在監(jiān)測初期新舊路基差異沉降 ΔS1 不斷增加，監(jiān)測4個月后沉降差逐漸變小并穩(wěn)定， ΔS2 也是在監(jiān)測初期不斷增加，而后逐漸變小并穩(wěn)定。這是因為：監(jiān)測初期路基處于填方施工階段，路基變形量較大，新舊路基差異沉降△S1也較大，△S2也明顯增加。在路基填方施工，新路基沉降量增幅較大，導致差異沉降增加，填方施工完成后新路基變形逐漸穩(wěn)定，差異沉降也趨于一個固定數(shù)值。監(jiān)測期間新舊路基差異沉降最大值僅為 10.1mm ，新舊路基沒有產(chǎn)生明顯變形，說明采用預應(yīng)力管樁加固軟基后拓寬段路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.2.2 側(cè)向位移分析

在路基坡腳布設(shè)測斜管，通過測斜儀監(jiān)測側(cè)向位移，本文選取 1lt;35+620 斷面不同時間的監(jiān)測結(jié)果，整理得出側(cè)向位移曲線如圖5所示。

分析圖5可知，隨深度增加側(cè)向位移呈現(xiàn)先減小后增加再減小的趨勢，監(jiān)測前期位移增速較大，后期增速降小。監(jiān)測前期側(cè)向位移增速較大，深度4～7m出現(xiàn)最大位移，是重點觀察區(qū)域，以防路基出現(xiàn)滑動變形。監(jiān)測后期側(cè)向位移逐漸穩(wěn)定，且變形量也較小，沒有產(chǎn)生進一步滑動變形的趨勢，最大位移值為30. 2mm 。這是因為監(jiān)測前期處于施工階段，地基上部荷載不斷增加，側(cè)向位移增速較大，后期路基填方施工完成后地基上部荷載不變，側(cè)向位移逐漸穩(wěn)定，且總體變形量不大，說明采用預應(yīng)力管樁處治后，拓寬部分地基整體強度得到有效提升，路基結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4結(jié)語

本文以某工程項目為研究背景，研究預應(yīng)力管樁在高速公路拓寬工程軟基處理中的應(yīng)用，通過分析現(xiàn)場靜載試驗和原位試驗結(jié)果，得出以下結(jié)論：（1）采用預應(yīng)力管樁加固后樁間土承載力約為原地基承載力的2.5倍，地基承載力得到明顯提升，達到了設(shè)計要求；（2）有樁帽管樁單樁承載力為無樁帽的1.17倍，二者承載力均較高，對軟基承載力改善效果好；（③在路基填方施工階段，新舊路基差異沉降 ΔS1 和△S2均明顯增加，完工后逐漸穩(wěn)定，差異沉降最大值為 10.1mm ，數(shù)值較小，說明采用預應(yīng)力管樁可有效控制新舊路基不均勻沉降；（4）路基側(cè)向位移最大值出現(xiàn)在深度為 的位置，同樣在路基填方施工階段增速較大，工后逐漸穩(wěn)定，說明采用預應(yīng)力管樁處治有效提升了地基整體強度，路基整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 ⑦

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